在軌航天器運行狀態監測方法及系統與流程

本發明衛星通信技術領域，具體涉及一種在軌航天器運行狀態監測方法及系統。

背景技術：

航天器在軌運行時通常處于復雜的外界環境，由于外界環境和運行狀態的不斷變化，航天器容易受到空間粒子和電磁輻射的干擾影響，而這些干擾會引起航天器相關部件性能參數發生變化，若不能及時發現并采取相應的控制措施，將會導致在軌航天器無法安全正常工作。因此，針對航天器在軌運行狀態綜合檢測研究，對于航天需求十分緊迫，同時也是開展航天器健康運行評估研究的基礎和重要工作。

目前，現有的在軌航天器運行狀態監測方法主要為采用狀態監測和基于算法的故障檢測、集成健康管理技術、基于模式識別等方法，但上述監測方法通常僅僅對在軌航天器遙測參數進行簡單的閾值判斷，無法全面、真實地掌握航天器的在軌運行狀態，對在軌航天器的異常情況存在錯報、漏報的隱患。同時，在軌航天器的運行狀態顯示不直觀，使得管理人員無法便捷掌握航天器的在軌運行狀況及故障信息，甚至需要專業人員對航天器運行狀態進行判讀，不利于保障在軌航天器安全正常工作。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例提供基于超聲信號處理的在軌航天器運行狀態監測方法及系統，解決的技術問題是現有的方法不能全面、直觀地獲取航天器的在軌運行狀態，保障在軌航天器安全正常工作。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案一方面提供了一種在軌航天器運行狀態監測方法，所述方法包括以下步驟：

獲取在軌航天器的實時遙測參數；

根據所述實際遙測參數得到在軌航天器的遙測狀態號；

根據所述遙測狀態號得到在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件；

判斷所述實時遙測參數是否滿足該遙測參數條件，

若是，則將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示；若否，則根據所述實時遙測參數獲取在軌航天器的故障信息，將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示。

優選的，所述根據所述實際遙測參數得到在軌航天器的遙測狀態號的步驟包括：

對所述實時遙測參數進行預處理；

判斷預處理后的實時遙測參數是否超過預設閾值，若是，則根據所述實際遙測參數得到在軌航天器的遙測狀態號；若否，則舍棄所述實時遙測參數。

優選的，所述根據所述遙測狀態號得到在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件的步驟之前包括：

建立在軌航天器的集合對應表，所述集合對應表表征在軌航天器的運行狀態與對應遙測參數的關系以及該運行狀態下多個遙測參數之間的關系。

優選的，所述根據所述遙測狀態號得到在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件的步驟包括：

根據所述遙測狀態號從集合對應表中查找到所述在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件，所述遙測參數條件為在軌航天器該運行狀態下的遙測參數范圍及多個遙測參數之間的約束關系。

優選的，所述將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示的步驟具體包括：

通過動態可視化圖形界面將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示。

優選的，所述根據所述實時遙測參數獲取在軌航天器的故障信息的步驟之前包括：

建立在軌航天器的故障預案表，所述故障預案表為在軌航天器所有運行狀態對應的故障預案和故障源的查詢表。

優選的，所述根據所述實時遙測參數獲取在軌航天器的故障信息的步驟包括：

根據所述實時遙測參數從故障預案表查詢得到在軌航天器的故障信息。

優選的，所述將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示的步驟包括：

通過動態可視化圖形界面將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示。

另一方面，本發明還提供一種在軌航天器運行狀態監測系統，所述系統包括：

參數獲取模塊，用于獲取在軌航天器的實時遙測參數；

狀態號計算模塊，用于根據所述實際遙測參數得到在軌航天器的遙測狀態號；

條件獲取模塊，用于根據所述遙測狀態號得到在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件；

判斷模塊，用于判斷所述實時遙測參數是否滿足該遙測參數條件；

第一顯示模塊，用于當所述實時遙測參數滿足該遙測參數條件時，將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示；

第二顯示模塊，用于當所述實時遙測參數不滿足該遙測參數條件時，根據所述實時遙測參數獲取在軌航天器的故障信息，將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示。

優選的，所述條件獲取模塊具體包括：

對應表建立子模塊，用于建立在軌航天器的集合對應表，所述集合對應表表征在軌航天器的運行狀態與對應遙測參數的關系以及該運行狀態下多個遙測參數之間的關系；

查找子模塊，用于根據所述遙測狀態號從集合對應表中查找到所述在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件，所述遙測參數條件為在軌航天器該運行狀態下的遙測參數范圍及多個遙測參數之間的約束關系。

采用上述技術方案，本發明至少可取得下述技術效果：

本發明在軌航天器運行狀態監測方法及系統實現了全面、直觀地獲取航天器的在軌運行狀態，便于及時發現和解除故障，有效保障了在軌航天器可靠安全工作。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對本發明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據本發明實施例的內容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明在軌航天器運行狀態監測方法的網絡拓撲結構圖；

圖2是本發明在軌航天器運行狀態監測方法的具體流程示意圖；

圖3是本發明在軌航天器運行狀態監測系統的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施例的技術方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供一種在軌航天器運行狀態監測方法，所述方法包括以下步驟：獲取在軌航天器的實時遙測參數；根據所述實際遙測參數得到在軌航天器的遙測狀態號；根據所述遙測狀態號得到在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件；判斷所述實時遙測參數是否滿足該遙測參數條件，若是，則將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示；若否，則根據所述實時遙測參數獲取在軌航天器的故障信息，將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示。這樣，本發明通過實時遙測參數與預設的遙測參數條件來判斷在軌航天器的運行狀態，從而全面、直觀地直觀顯示航天器的在軌運行狀態，便于及時發現和解除故障，保障在軌航天器安全正常工作。

請參閱圖1，圖1是本發明在軌航天器運行狀態監測方法的網絡拓撲結構圖。本實施例所述的在軌航天器運行狀態監測方法是基于運用服務器—客戶端的CS構架，即所述在軌航天器運行狀態監測方法基于一個數據處理中心(服務器)及拓展的多個監測終端(客戶端)，所述多個監測終端可通過以太網與所述數據處理中心進行數據通訊，方便航天器在軌管理人員和各級設計師的監測和使用。所述在軌航天器的實時遙測參數通過光端機接收后，經由路由器、保密機到達數據處理中心，所述數據處理中心負責對該實時遙測參數進行處理、數據庫管理、狀態知識和故障知識管理和維護、信息發布等，所述監測終端通過數據處理中心獲取在軌航天器的運行狀態信息，并采用多種顯示方式對在軌航天器的運行狀態信息進行數據和狀態的直觀顯示，并在軌航天器的運行發生故障出現時技術進行故障報警及獲取相應的故障信息。

請參閱圖2，圖2是本發明在軌航天器運行狀態監測方法的具體流程示意圖，所述方法包括如下步驟：

步驟101：獲取在軌航天器的實時遙測參數。

具體實現時，本發明實施例通過在軌航天器上或遙測源上的傳感器采集在軌航天器的多個實時遙測參數，所述實時遙測參數包括在軌航天器類型、運行軌道、運行速度等，所述實時遙測參數表征了在軌航天器運行狀態。

需要說明的是，本發明實施例數據處理中心在接收獲取在軌航天器的實時遙測參數之前，還要進行預處理配置信息，例如根據在軌航天器類型配置相應的參數類型及數量等。

步驟102：對所述實時遙測參數進行預處理。

具體實現時，在獲取到在軌航天器的實時遙測參數后，需要對所述實時遙測參數進行預處理。本實施例的步驟102具體包括：去除所述實時遙測參數中的野值并對去除野值后的實時遙測參數以一定時間間隔進行采樣。這樣就得到了具有時間間隔的實時遙測參數的采樣數據。

步驟103：判斷預處理后的實時遙測參數是否超過預設閾值，若是，則進行步驟104；若否，則舍棄所述實時遙測參數。

具體實現時，在本步驟判斷之前，將獲取的遙測數據進行解格式和預處理后，在軌航天器的狀態分析和異常報警系統首先根據正常數據庫、預警數據庫進行閾值判斷，獲得所述在軌航天器的運行狀態信息，以便后續根據在軌航天器狀態知識庫獲得的判斷規則進行狀態相關遙測參數的關聯判斷，進一步獲取單機、系統、在軌航天器的工作狀態是否正常的信息。

步驟104：根據所述實際遙測參數得到在軌航天器的遙測狀態號；

具體實現時，針對各航天器型號不同的遙測編排格式，首先需要獲取與遙測格式相關的信息，設置在軌航天器的遙測狀態號，包含的主要信息有：序號：可以根據序號定位任意遙測參數，為該遙測參數的身份識別；波道號：遙測參數在數據下傳時的編排順序，主要用于遙測參數的解析；參數名稱：遙測參數的名稱，主要用于可視化顯示；參數代號：遙測參數的編號，根據系統進行劃分；處理公式：遙測參數進行處理的公式；處理參數：公式中所需要的一些系數；正常狀態信息：遙測參數所在單機處于不同狀態下的正常值范圍，狀態間用斜杠進行分割，通過斜杠數量可以得出各遙測參數的狀態數量；預警值：遙測參數發生異常的征兆信息；

上述在獲取實際遙測參數之前的預處理配置信息中，已經針對各航天器的型號配置好其相應的遙測數據格式，并存儲在配置表格中。當獲得實際遙測參數后將其填入對應的遙測數據格式，即可獲得在軌航天器的遙測狀態號。

步驟105：根據所述遙測狀態號從集合對應表中查找到所述在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件，所述遙測參數條件為在軌航天器該運行狀態下的遙測參數范圍及多個遙測參數之間的約束關系。

具體實現時，為了全面及時掌握在軌航天器的運行狀態，本發明實施例通過對在軌航天器的地面測試和在軌運行數據的分析整理，梳理出該在軌航天器所有運行狀態(包括在軌航天器的遙測狀態號)與遙測參數之間的關系以及遙測參數與遙測參數之間的關系，建立航天器在軌運行狀態知識庫，其中包括航天器正常運行規則庫。根據某在軌航天器遙測參數和運行狀態的研究，整理出該在軌航天器運行狀態和遙測參數的對應關系表。

即，所述步驟105之前包括：

建立在軌航天器的集合對應表，所述集合對應表表征在軌航天器的運行狀態與對應遙測參數的關系以及該運行狀態下多個遙測參數之間的關系。

其中，本發明實施例根據航天器的實際在軌運行狀態，梳理出表征在軌航天器運行狀態的遙測參數集合，而且，分析得到遙測參數的正常范圍并以此為標準，每個正常值范圍表示一種運行狀態。根據所述遙測狀態號從所述集合對應表中查找到所述在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件，所述遙測參數條件為在軌航天器該運行狀態下的遙測參數范圍及多個遙測參數之間的約束關系。

步驟106：判斷所述實時遙測參數是否滿足該遙測參數條件，若是，則進行步驟107；若否，則進行步驟108。

具體實現時，上述步驟分析得到在軌航天器的運行狀態可以通過遙測參數來對應表示，這些遙測參數之間存在相應的關系，因此，可通過判斷所述實時遙測參數是否滿足該運行狀態下的遙測參數范圍及多個遙測參數之間的約束關系，即可判斷所述在軌航天器的運行狀態是否正常。

步驟107：將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示；

具體實現時，當所述實時遙測參數滿足該遙測參數條件(即在軌航天器下傳的實時遙測參數未超過該運行狀態下的遙測參數范圍及多個遙測參數之間的約束關系存在)時，確定所述在軌航天器的運行狀態正常，則可獲得在軌航天器的相關運行狀況，并將將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示。

本實施例中，所述將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示包括：

通過動態可視化圖形界面將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示。

需要說明的是，可通過如下方法實現上述直觀顯示：

(1)數據處理設計：監視終端軟件根據網絡接收數據處理中心服務器發送來的遙測數據以及檢測狀態判斷結果信息，數據解析、處理完成后將存入緩沖區，通知可視化顯示窗口VIEW類，動態顯示窗口從緩沖區，告知動態顯示窗口采用自定義消息，若將每一個數據處理完成后即向窗口進行消息廣播，則會導致消息在消息隊列中發生阻塞，進而發生程序崩潰。因此，本實施例程序設計為每處理完成一幀數據，向顯示窗口消息廣播。

(2)系統圖形的可視化顯示：使用可視化顯示圖形界面，可以使用戶更加直觀的查看在軌航天器各部分遙測狀態情況，將在軌航天器各系統的結構用圖形表示出來并與航天器在軌運行狀態和遙測數據相關聯，將遙測數據和狀態信息，其中包括遙測值、結果是否正常狀態等在系統結構框圖中顯示出來。另外，在軌航天器各系統的組成、各部件之間的關系和信息信號流向、供配電線路等信息顯示在可視化顯示界面中，并運用不同的顏色表征各系統工作狀態。

(3)系統圖形分級可視化動態顯示：將各分系統繪制成一張監視圖，同時選擇一些關鍵遙測參數或重要運行狀態完成一張整總體監視圖，用以整體了解航天器的在軌運行狀態，在在軌綜合檢測過程中以監視整星狀態為主，為了能夠在航天器整體監視界面快速切換至各分系統監視界面，設計界面分層解釋化。

這樣，通過動態可視化圖形界面直觀顯示航天器在軌運行工作狀態，監視人員可以快速、直觀、高效的進行航天器在軌運行狀態綜合檢測。

步驟108：根據所述實時遙測參數獲取在軌航天器的故障信息，將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示。

具體實現時，當所述實時遙測參數不滿足該遙測參數條件(即在軌航天器下傳的實時遙測參數超過該運行狀態下的遙測參數范圍或多個遙測參數之間的約束關系不存在)時，確定所述在軌航天器的運行狀態不正常，即此時在軌航天器運行出現故障，需要進行故障診斷，以及分析故障原因。

所述步驟108之前包括：

建立在軌航天器的故障預案表，所述故障預案表為在軌航天器所有運行狀態對應的故障預案和故障源的查詢表。

即，本發明實施例通過對在軌航天器的地面測試和在軌運行數據的分析整理，還建立在軌航天器所有運行狀態對應的故障預案和故障源的查詢表，即航天器的故障預案庫，根據建立的故障預案庫和故障源表，查詢獲取在軌航天器的故障信息，識別出問題出現的位置和原因，主要內容包括基本信息、故障判斷、故障原因、故障影響、故障對策、嚴酷度等。另外，當判斷在軌航天器運行出現故障后，即可通過數據處理中心或監測終端進行異常狀況報警。這樣，在軌航天器遙測參數表示、航天器狀態指示表示和故障知識表示的基礎上，為在軌航天器綜合檢測提供及時可靠的應用工具。

所述將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示的步驟包括：

通過動態可視化圖形界面將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示。

本步驟通過動態可視化圖形界面進行直觀顯示的方法類似步驟107，在此就不再贅述。

另，請參閱圖3，圖3是本發明在軌航天器運行狀態監測系統的結構示意圖。本發明還提供一種在軌航天器運行狀態監測系統，所述系統包括：

參數獲取模塊10，用于獲取在軌航天器的實時遙測參數；

狀態號計算模塊20，用于根據所述實際遙測參數得到在軌航天器的遙測狀態號；

條件獲取模塊30，用于根據所述遙測狀態號得到在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件；

判斷模塊40，用于判斷所述實時遙測參數是否滿足該遙測參數條件；

第一顯示模塊50，用于當所述實時遙測參數滿足該遙測參數條件時，將所述在軌航天器的運行狀態進行直觀顯示；

第二顯示模塊60，用于當所述實時遙測參數不滿足該遙測參數條件時，根據所述實時遙測參數獲取在軌航天器的故障信息，將所述在軌航天器的運行狀態及故障信息進行直觀顯示。

其中，所述條件獲取模塊30具體包括：

對應表建立子模塊302，用于建立在軌航天器的集合對應表，所述集合對應表表征在軌航天器的運行狀態與對應遙測參數的關系以及該運行狀態下多個遙測參數之間的關系；

查找子模塊304，用于根據所述遙測狀態號從集合對應表中查找到所述在軌航天器對應的運行狀態下預設的遙測參數條件，所述遙測參數條件為在軌航天器該運行狀態下的遙測參數范圍及多個遙測參數之間的約束關系。

相比于現有技術，本發明在軌航天器運行狀態監測方法及系統具有如下有益效果：

(1)運用計算機可識別的語言對在軌航天器的遙測參數和工作狀態的分析，反映航天器單機、部件的各遙測參數之間的關系、分系統在軌正常工作狀態和各遙測參數的關系，為在軌航天器的全鏈路綜合檢測技術提供了數學表達式實現的基礎。

(2)采用多星遙測參數并行處理技術實現所有在軌航天器運行狀態的統一管理和集中處理，以應對不同航天器研究航天器狀態綜合檢測和狀態的動態顯示方法，使得在軌航天器檢測工作更加系統化，高效可靠，減少故障發生概率。

(3)航天器在軌運行狀態的動態可視化顯示將可視化技術以及狀態表示與遙測參數的關系表達式相結合，開發完成在軌管理動態可視化顯示軟件，時時追蹤在軌航天器的工作狀態，采用通用、直觀、形象的顯示手段展現航天器的在軌運行狀態，便于及時發現并診斷故障，高效解決問題，保障航天器在軌的可靠運行。

綜上，本發明在軌航天器運行狀態監測方法及系統實現了全面、直觀地獲取航天器的在軌運行狀態，便于及時發現和解除故障，有效保障了在軌航天器可靠安全工作。

注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求范圍決定。